Продукция для производства

Мембранное разделение потока

Мембранные процессы разделения основываются на различной проницаемости того или иного компонента газообразной или же жидкой среды. Поток, который проходит через мембрану, называется фильтратом или пермеатом, а задержанный — концентратом или ретентатом.

Мембранные процессы отличаются принципом своего действия. Это могут быть:

  • разделение, обусловленное градиентами давлений — так называемые барометрические процессы;
  • разделение, обусловленное электрическим потенциалом — электромембранные процессы;
  • разделение, обусловленное различными концентрациями компонентов — диффузионно-мембранные процессы;
  • комбинированные процессы, совмещающие в себе сразу несколько факторов.

Технология получения пермеата и отсеивания ретентата предполагает наличие существенной мембранной поверхности. Наша уникальная конструкция — это не просто обычная мембранная пленка — это специальный блок, получивший название мембранного модуля.

Сырьевой поток подается в этот модуль с определенной скоростью. Конструкция мембраны такова, что одни компоненты проходят через нее быстрее, иные — более медленно. То есть скорость потока будет меняться по поверхности мембраны в зависимости от координаты его нахождения.

На выходе из модуля мы получаем:

пермеат, Он содержит все ненужные примеси, в том числе и диоксид серы, сероводород, сероуглерод, меркаптаны, воду, соли и т. п.;

ретентат — очищенный газ, подготовленный к подаче в магистральную сеть.

Пермеат является газовым концентратом, в котором в значительной мере повышено содержание тяжелых углеводородов. В мире нефтехимическая промышленность широко применяет это ценное сырье в различных технологических процессах. Пермеат выделяется из попутного нефтяного газа (ПНГ) в процессе его подготовки к транспортировке или использованию.

Для того чтобы утилизировать попутный нефтяной газ и выделить пермеат, применяют углеводородные установки на базе мембран. Эта технология обеспечивает корректировку свойств газа, увеличение метанового числа, уменьшение температуры точки росы и теплового эквивалента. После обработки газ можно транспортировать без опасности заморозки, использовать в качестве топлива благодаря его улучшенным характеристикам.

НПК «Грасис» предлагает принципиально новый метод разделения газов, подготовки газа в пермеат, в основе которого лежит инновационная мембранная технология. Применение комплексной подготовки ПНГ позволяет получать продукт, соответствующий требованиям ГТС ОАО «Газпром», проводить очистку по примесям, содержащим серу, и снизить точку росы для воды и углеводородов. Преимущество новых установок заключается в применении мембран половолоконного, а не плоского типа, что показали проведенные испытания.

Схема подключения, принцип работы обратного осмоса

Обратите внимание, что место для отверстия следует выбирать, руководствуясь эстетическими соображениями. Регулятор давления позволяет защитить оборудование от гидравлических ударов, возникающих при перебоях водоснабжения

Но если размеры модели уникальны, возможно, придется устанавливать только особые фирменные картриджи, а это не всегда выгодно и удобно.

Но только не дистиллированная, ведь электричество переносят молекулы примесей и ионы растворенных в ней веществ. В первую очередь это зависит от используемой мембраны. Оснастив кран декоративной накладкой и резиновой шайбой, вставляем его в отверстие.

Осмотическая мембрана прослужит до 2,5 лет. Подавать обычную воду нужно неспешно. Собирают и закрепляют блок предварительной фильтрации, мембрану и постфильтры. Уплотнительные резиновые кольца перед монтажом вытирают насухо.

Несколько полезных советов Если после запуска системы питьевая вода имеет молочный оттенок и содержит мелкие пузырьки воздуха, не стоит волноваться. Так вода, сбрасываемая в канализацию, будет издавать меньше шума. Фильтрационные блоки поставляются собранными, но часть моделей передается заказчику с демонтированными картриджами, которые устанавливаются перед монтажом блока на стене. Если встряхнуть бутылку со сверхохлажденной водой, в ней появятся пузырьки и она моментально заледенеет.

Установка врезки подключения и поступления жидкости к фильтру Для этого нужно совершить ряд действий: Перекрыть кран подачи жидкости в дом, открыть смеситель, подающий холодную воду. Затем, пользуясь приложенной инструкцией, подсоедините трубки. Останавливают подачу жидкости в фильтр. Можно подвесить блок на внутреннюю стенку шкафчика. Вначале подложите прокладку из резины, а на нее поместите шайбу, которую найдете в комплекте.

Порядок действий: Отключаем подводку смесителя для холодной воды от водопровода. В просторной кухне можно поставить еще одну небольшую мойку специально для питьевой воды, но такая необходимость возникает крайне редко. После этого монтируют подключение к канализационной системе. Естественно, стоят такие устройства очень и очень недешево.

Далее следуйте таким рекомендациям: Обеспечьте доступ жидкости к системе. Установка обратного осмоса иногда может вызвать затруднения. Он перекроет воду при наполнении накопительного бака. Ее использование для приготовления пищи и питья невозможно без применения фильтров. При необходимости исправляют огрехи при подсоединении.
Принцип работы системы обратного осмоса

Принципы работы обратного осмоса и нанофильтрации

Как работает обратный осмос

Явление осмоса можно увидеть, если в одну часть сосуда, разделенного полупроницаемой мембраной, налить чистую воду, а в другую — соленую. Термин «полупроницаемая» означает, что мембрана является проницаемой для одних частиц и непроницаемой для других. Если использовать мембрану проницаемую только для молекул воды, то она не будет пропускать через себя растворенные в воде соли. Спустя некоторое время можно будет заметить, что концентрации в обеих частях сосуда выравниваются. Таким образом происходит явление осмоса — чистая вода проходит через полупроницаемую мембрану в сторону концентрированного раствора и концентрации выравниваются. Это явление естественно, т. к. любая система стремится к равновесию.

Из рисунка видно, что в результате осмоса увеличивается высота столба жидкости в той части сосуда, где находился соленый концентрированный раствор. Высота будет увеличиваться до тех пор, пока давление столба жидкости (соляного раствора) не будет достаточно высоким, чтобы поток воды остановился. Прилагаемое давление, при котором поток воды через мембрану остановится, называется осмотическим давлением. Если к жидкости приложить ещё большее давление, поток воды через мембрану может развернуться в обратном направлении. На этом и основан термин «обратный осмос». В результате воздействия давления из соляного раствора через мембрану будет выходить только чистая вода, так как соли мембрана не пропускает.

Как работает нанофильтрация

Нанофильтрационная мембрана не является абсолютным барьером для растворенных солей. Степень пропускания солей может быть низкой или высокой в зависимости от типа соли и типа мембраны. Нанофильтрационные мембраны с низкой проницаемостью имеют почти такое же рабочее давление, что и обратный осмос. Нанофильтрационные мембраны с высокой проницаемостью работают при более низком давлении. На практике обратный осмос и нанофильтарция применяются с тангенциальным процессом фильтрации. С помощью насоса высокого давления исходная вода непрерывно подается в систему мембран при повышенном давлении. Внутри мембранной системы исходная вода разделяется на поток с низким содержанием солей — очищенный продукт, называемый пермеатом, и высококонцентрированный поток, называемый концентратом. Клапан регулирования потока, называемый клапаном концентрата, регулирует выход пермеата.

При описании процессов обратного осмоса/ нанофильтрации обычно используются следующие термины.

Выход пермеата — процент получаемой очищенной воды (пермеата) от исходной воды, поступающей на мембранную очистку. Определенное значение выхода достигается регулированием расхода концентрата с помощью вентиля на концентрате. Выход пермеата фиксируется на максимальном уровне, при котором расход по пермеату является максимальным, но при этом исключается осаждение солей на поверхности мембран.

Степень очистки — процент растворённых веществ, удалённых на мембране из исходной воды

При обратном осмосе важно, чтобы степень удаления общего растворённого вещества была высокой, в то время как при нанофильтрации степень очистки от разных веществ может быть различной, например, возможна низкая степень удаления жёсткости и высокая степень удаления органического вещества

Проскок — термин, противоположный термину «степень задержания», т. е. процентная доля растворенных (загрязняющих) веществ, содержащихся в — исходной воде, пропускаемых мембраной.

Пермеат — очищенная вода, полученная в результате мембранной очистки.

Расход (производительность) — расходом по исходной воде называется скорость потока исходной воды в м3/ч, подаваемой в мембранный элемент или систему мембран. Производительность по концентрату — скорость концентрированного потока в м3/ч на выходе из мембранного элемента или мембранной системы. Производительность по пермеату — скорость потока по фильтрату (пермеату) в м3/ч на выходе из мембранного элемента или мембранной системы.

Удельная производительность — скорость потока пермеата, проходящего через единицу мембранной площади, обычно измеряется в литрах на квадратный метр (л/м2×ч).

Направления использования

УФ включает в себя несколько методов обработки. Они используются для:

  1. Подсырной сыворотки, пахты, цельного, а также обезжиренного сырья. Плюсы: экономичный расход энергоресурсов, высокое качество жидкости из-за прекрасной изоляции белков от сыворотки, совпадение объемов полученного «отстоя» с периодом наибольшего употребления напитков, правильное пользование углеводов.
  2. Творожной сыворотки. Плюсы: заменяет сахарозу в разных продуктах (сгущенке, мороженом и др.), снижает вероятность заболевания кариесом, удешевляет приготовленные изделия.

Также существуют направления использования ретентата при обработке:

  • цельного молока (фактор концентрации > 2). Преимущества: увеличивается выход готовой продукции примерно до 3%, экономичность молокосвертывающего фермента до 80%, стабильность операций при выпуске сыров, улучшение густоты и профилактика появления сыворотки, уровень пищевой ценности становится выше;
  • цельного и обезжиренного молока (фактор концентрации < 2). Плюсы: поднимается процент выхода до 20%, получается менее кислая сворачиваемая жидкость;
  • сыворотки достигается густота при низкой жирности, улучшается вкус при эксплуатации компонентов, повышается ценность (биологическая и пищевая) молочного напитка;
  • пахты насыщенность вкуса становится более отчетливой, сохраняется аромат сливочного масла.

С помощью специальных приборов и мембран производится очистка молока (цельного, обезжиренного, сквашенного) и сыворотки. В результате под разным давлением жидкость делится на пермеат и ретентат. Первый – практически полностью очищен от бактерий, а второй – содержит микроорганизмы, которые могут привести к порче продукта. Ретентат после обработки смешивают с пермеатом.

Также молочное сырье подвергается фракционированию, отделяя бактерии от белков и витаминов. Кроме того, из жидкости почти полностью удаляется кальций, а затем лактоза. Последний углевод исключают для людей, страдающих его непереносимостью.

Интересно

Молочный продукт, прошедший УФ, используется при изготовлении сыров, мороженого, различных десертов и напитков. Благодаря процессу, продукты хранятся дольше, не теряя свой вкус.

История

С тех пор, как были разработаны методы обратного осмоса (ОО) и ультрафильтрации (УФ) в конце 50-х – начале 60-х гг прошлого века, спектр их применения постоянно расширялся. Изначально обратный осмос использовался для обессоливания морской и солоноватой воды. Повышение требований к промышленным предприятиям по сбережению воды, снижению расхода электроэнергии, контролю загрязнений и переработке отходов с целью повторного использования сделали новые применения обратного осмоса экономически привлекательными. Кроме того, благодаря прогрессу в биотехнологии и фармацевтике, вместе с продолжающимся прогрессом в развитии мембран, мембраны в настоящее время представляют собой важный этап для сепарации воды и примесей, который является более энергосберегающим, чем дистилляция, и не приводит к разрушению продуктов под действием температуры.

В целом, в настоящее время мембраны обратного осмоса делают возможным более интенсивное удаление солей при значительно меньшем рабочем давлении и, следовательно, меньших затратах. С помощью нанофильтрационной мембранной технологии можно удалять определённые соли и соединения при сравнительно низких рабочих давлениях.

Теория и её реализация

Для удаления остаточного хлора часто имеется угольная пост-фильтрация – небольшой линейный фильтр, заполненный активированным углем, через который проходит пермеат. Его задача — поймать остатки растворенного хлора и прошедшей через мембрану органики. Поскольку вода после нормально работающей мембраны содержит мало негативных примесей, то и нагрузка на постфильтр невысока, а потому менять его нужно реже.
Минерализующие картриджи (реминерализаторы) – важнейший элемент для любителей не терять полученные с пищей минералы – картридж восполняет утраченные на мембране минералы, но вместо смеси полезного и вредного, минерализатор добавляет только полезные. Как правило, минерализуют воду макроэлементами, такими как кальций, магний, натрий, калий

Так же восполняется анионный состав, хотя на самом деле это неважно. Без минерализатора Вы будете употреблять воду, которая не содержит кальций и магний — а потому может потенциально приводить к остеопорозу, особенно у детей и женщин: в этом случае элементы будут просто «вымываться» из зубов и костей

К сожалению, именно на этом узле экономят недобросовестные производители очищенной воды.
Структуризаторы – отдельная когорта картриджей, которые сложно назвать фильтрами, так как проверить их влияние на воду практически не возможно. Их задача – под воздействием разного рода факторов «изменять структуру воды в лучшую сторону». Победители «Битвы экстрасенсов» одобряют. Исключительно разводка маркетологов на дополнительные деньги.
Ультрафиолетовое обеззараживание – как и в ряде другого оборудования этот элемент имеет свое узкоцелевое назначение – не допускать попадания потребителю ни одного жизнеспособного микроорганизма. Мне крайне сложно представить микроорганизм, который меньше 0,001-0,0001 мкм, содержится в воде в значимых количествах, вреден и пропускается службами водоканалов.
Системы коррекции рН — по сути, дозаторы фосфата и сульфита натрия, призванные повысить рН до 6,5-7,5 (выше уже писалось, что после обратного осмоса вода слабокислая) и связать свободный кислород. Доводом маркетологов являются страшные истории про иссушенную кожу, выпадающие волосы и растворяющиеся зубы. Касательно кожи и волос — тут я бы направил маркетологов к их коллегам по продаже шампуней с рН 5,5 — вода в худшем случае после обратного осмоса не сильно далеко ушла по шкале от «лучших шампуней», а проблемы с зубами больше будут вызваны не столько кислой средой, сколько деминерализацией — см. выше (кстати, рН уксуса и лимонного сока — порядка 2, яблоки и вишни имеют рН около 4 — зубы ничего так, терпят). На самом деле, комбинация свободного кислорода и слабокислого рН здорово корродирует все металлические элементы — и именно это необходимо устранять, хотя мне сложно представить усиленную коррозию качественной пищевой нержавеющей стали в этих условиях. Ну это если она качественная и нержавеющая, конечно.
Тем не менее, для чисто органолептических качеств питьевой воды рН можно корректировать — но уж точно не покупкой дорогостоящего реагента, а простой дозировкой разбавленного раствора пищевой соды.

  1. Фильтры предварительной очистки. Не будете менять — убьёте мембрану.
  2. Антискаланты/дисперганты для отмывки мембраны. Если фильтры предварительной очистки меняются вовремя — практически не нужны.
  3. Угольные пост-фильтры. Если не будете менять — ничего страшного не произойдёт.
  4. Минерализующие картриджи. Обязательны.
  5. Структуризаторы. Бесполезны.
  6. Ультрафиолетовое обеззараживание (лампу иногда надо менять). Бесполезно.
  7. Раствор для системы коррекции рН. Легко меняется на раствор пищевой соды. При условии качественной системы — работает так же.

Процесс разделения составляющих молока: что такое пермеат и ретенант

Сырье пропускается под давлением через мембраны на установках. В результате происходит его деление на фракции.

Когда скопление определенных компонентов уменьшается – это называется пермеатом (фильтратом), а увеличивается – ретентатом (концентратом).

Первый продукт является обеззараженным. При одноступенчатой очистке получается примерно 95% пермеата. При многоступенчатой обработке – до 99,5% от объема входящего обезжиренного молока.

В жидком УФ-пермеате содержатся микро- и макроэлементы, витамины и лактоза. В результате осушки получается безводный фильтрат. Последний имеет характеристики лучше сывороточного, тем самым придавая более приятный вкус изделиям.

Пермеат расходуют для нормализации в продуктах количества белка. Есть и возможность снизить показатели последнего. Также производители готовят обезжиренное стандартизированное молоко, в том числе и сухое.

Фильтрат иногда подменяет высушенную сыворотку во время изготовления некоторых пищевых продуктов.

Продукция для производства

Ретентат – это концентрат молочного белка (подсгущенная сыворотка). В веществе содержание казеина, жира и коллоидных солей увеличивается параллельно происходит удаление пермеата.

Другими словами: данный способ – это когда молоко прошло сквозь мембрану; ретентат – элементы, которые не просочились через фильтр (остались бактерии и споры).

Оставшийся концентрат смешивают со сливками и в течение нескольких секунд подвергают термообработке (120–130 °С). Тепло убивает бактерии. Далее ретентат добавляется в пермеат, и сырье попадает в пастеризатор.

Производители сыров повышают качество продукта, благодаря описанным действиям. После пастеризатора полученное вещество передается в специальные сырные ванны.

Концентрат позволяет решить проблемы при производстве творога и сыров:

  • отчасти решить вопрос сезонности свойств молока;
  • сделать меньше расходы сырья;
  • увеличить степень использования мощностей;
  • повысить выпуск и вкусовые качества творога или сыра;
  • уменьшить расход молокосвертывающих органических веществ.

УФ используется при переработке сыворотки и молока. Установка позволяет отделить лактозу, минералы и сосредоточить белки. Заблаговременная концентрация с помощью УФ делает больше долю сухих веществ, примерно от 12,5% до 16% и может увеличить в два раза производительность следующих стадий.

Тонкости обработки

Ультрафильтрация молока (УФ) – вид мембранной системы очистки при переработке цельного, сквашенного и сепарированного сырья. Благодаря процессу из жидкости выделяются белки и сыворотка. УФ распределяет коллоидные элементы в высокомолекулярные вещества размером 1–10 мкм. Очистку производят под давлением 0,1–0,5 Мпа.

Многие покупатели при осмотре упаковки интересуются, что такое ультрафильтрация и для чего используется данный метод. УФ проводят для получения сгустка молочных белков. Готовый продукт сушится и применяется при выпуске напитков, десертов, мороженого и других изделиях.

Также данную очистку делают для нормализации по белку, что востребовано производителями сыра.

Некоторые изготовители применяют метод стандартизации жидкости. При этом уменьшается концентрация белка. К такому способу прибегают, готовя сыр Фета. Во время производства последнего в концентрированную смесь добавляют закваску, после чего закрывают в таре и поддерживают необходимую температуру.

Продукция для производства

Выпуская йогурты для подготовительного насыщения сырья, также используют ультрафильтрационные системы.

УФ — процесс, приобретший популярность своей экономичностью. Специальные полупроницаемые перепонки разделяют молоко на два потока. Мембраны дают возможность очистить жидкость от микроорганизмов почти на 100%.

Кроме ультрафильтрации, существуют еще несколько видов «процеживания»:

  • нанофильтрация;
  • микрофильтрация;
  • обратный осмос.

Первый способ используют для очистки от элементов около 1 нм. По отношению к содержанию ионов, высчитывается степень застопоривания частиц. Его применяют при деминерализации сыворотки (частичном обессоливании).

Микрофильтрация – очищение элементов от 0,1 до 1 мкм. Взвешенные и большие коллоидные частицы сохраняются в концентрате, а макромолекулы и разжиженные крупицы проходят сквозь перегородку. Применяется как прохладная стерилизация рассола для посолки сыров, обезжиренного молока и сыворотки.

Последний вид – мембраны препятствуют органическим, неорганическим молекулам и растворимым солям до 0,0005 мкм. Осмос применяется при глубокой очистке и пропускает только жидкость. Используется для концентрации практически всех компонентов сыворотки и молочного сырья.

Функции УФ-обработки

Как уже сообщалось, процесс ультрафильтрации избавляет молоко от микроорганизмов. Из продукта удаляются возбудители, которые приведут к порче. Специальные установки оснащены фильтрами с микроскопическими отверстиями. УФ-стерилизация помогает сохранить вкусовые качества и пищевую ценность итоговых продуктов.

Специалисты сообщают, что важно соблюдать условия для получения хороших концентратов по микробиологическим показателям:

  • нельзя использовать плохое сырье;
  • на процесс должно тратиться минимально времени;
  • температура мембранной обработки не способствует развитию бактерий.

Для уничтожения микроорганизмов подойдет 10°С или более 50°С. В большинстве случаев отдается предпочтение последнему температурному режиму, при нем обеспечивается высокая производительность установок. УФ проводят на молочном сырье, прошедшем тепловую обработку в течение 15-20 минут на 65°С или 74 ± 2°С за 15–20 с.

К функциям фильтрации относят фракционирование (ректификацию). Таким способом жидкость делится с помощью мембран на 2 вида: пермеат и ретентат.

Фракционирование — это многостадийная и последовательная операция, которая проводится для разбора:

  • бактерий;
  • белков молочного, растительного и животного происхождения;
  • части лактозы;
  • витаминов и других веществ.

Также вследствие УФ на мембранах сгущается молочный жир. Фильтрацию делают для получения концентрированного молока и сывороточного белка. Содержание последнего в сухом веществе колеблется в пределах от 34 до 85%.

Интересно

Этап нормализации по белку очень значим в выпуске сыра из-за нестабильной сезонности. УФ позволяет сконцентрировать молоко с закрепленным уровнем протеина, тем самым увеличив выход продукта.

Продукция для производства

Во время ультрафильтрации при сгущении жидкости получается концентрат с высоким содержанием белка. Произведенные продукты, с различным содержанием протеинов, высушиваются и реализуются в сухом виде. Такой концентрат становится основой в изготовлении напитков, мороженого и молочных десертов.

После термических процессов, УФ-технологии помогают удалить из жидкости кальций. Фильтрат просушивается на установках обратного осмоса или нанофильтрации. Далее фосфат убирают в ультрафильтрационных приборах.

После этого приборы УФ удаляют часть лактозы. Следующий этап — добавление фермента (лактаза), убирающего остатки указанных углеводов до 0,01%. Сладость полученной жидкости становится меньше.

Безлактозное молоко употребляется людьми, страдающими непереносимостью данного углевода. При этом изготовители стараются придерживаться технологий, обеспечивающих сохранение вкуса.

Выводы

  • По разным подсчётам доля пресной воды в общем количестве воды на Земле составляет 2,5—3 %.
  • Распределение пресной воды по земному шару крайне неравномерно. В Европе и Азии, где проживает 70 % населения мира, сосредоточено лишь 39 % речных вод.
  • В настоящий момент можно с уверенностью заявить, что около 80 стран страдают от нехватки пресной воды, пригодной для питья. Прежде всего, стоит отметить север Азии, Средний Восток, Китай, Мексику, Аргентину, Чили и даже западные штаты Америки. Территория Австралии находится под серьезной угрозой в связи с недостатком воды.
  • По данным ООН на начало 2000-х годов более 1,2 млрд людей живут в условиях постоянного дефицита пресной воды, около 2 млрд страдают от него регулярно. К середине XXI века численность живущих при постоянной нехватке воды превысит 4 млрд человек.

Наиболее частой ошибкой покупателя/пользователя системы является:

  • Приобретение ненужных узлов-плацебо, например «структуризаторов».
  • Приобретение дорогостоящих реактивов, например, регуляторов рН.
  • Несвоевременное обслуживание важных узлов системы.

Наиболее частой махинацией со стороны производителей очищенной воды является несвоевременная замена (или полное отсутствие) минерализующих картриджей.